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Al2O3V3+晶体局域结构及其自旋哈密顿参量研究.pdf
第56卷第4期200r7年4月 物理学报
1000-3290/2007/56(04)/2393-06ACTAPHYSICASINICA @2007
Chin.Phys.Soc.
A1203:V3+晶体局域结构及其自旋哈密顿参量研究*
魏 群1’2’ 杨子元2’’ 王参军2’ 许启明1’
1)(西安建筑科技大学材料科学与工程学院,西安710055)
2)(宝鸡文理学院物理系,宝鸡721007)
(2006年7月24日收到;2006年12月18日收到修改稿)
提出了解释掺杂离子局域结构畸变的配体平面移动模型,建立了此模型下晶体微观结构与自旋哈密顿参量之
问的定量关系.在考虑自旋与自旋、自旋与另一电子轨道和轨道与轨道作用等微小磁相互作用的基础上,采用全组
态完全对角化方法,对A1203晶体中矿+的局域结构和自旋哈密顿参量进行了系统的研究.结果表明,v3+掺入
A12q晶体后,上下配体氧平面间距离增大了O。0060llm.从而成功地解释了她q:V3+晶体的自旋哈密顿参量.在
此基础上,研究了三角晶场下3孑离子自旋哈密顿参量的微观起源.研究发现,自旋兰重态对自旋哈密顿参量的贡
献是主要的,微小磁相互作用对自旋哈密顿参量的贡献只与自旋三重态有关.
关键词:AI:03:V3+晶体,局域结构,自旋哈密顿参量,磁相互作用
PACC:7170C,7510D,7630F
量的一条有效途径.由于该方法在研究中考虑了掺
1.引 言 杂离子所有微观态对于基态SH参量的贡献,因此
这一方法为许多研究者所采用n“卜掩],但前人的工
AI:O,晶体是重要的激光基质材料,该晶体掺入 作大多只考虑了自旋与轨道(sO)相互作用.最近,
人们对4A:(3d3)离子【l¨、5D(3d4,6)态离子[13’1蚰及
某些过渡金属离子(如:cr3+,Fe3+,Ti3+)表现出了
良好的激光特性.世界上第一台激光器——红宝石
激光器,就是在A120,晶体中掺入三价铬离子作用这一微小磁相互作用.一些作者的研究[21皿3除
了考虑sS微小磁相互作用外,同时也考虑了一电子
(舢:03:Cr+)实现激射而产生固定波长的激光.正
因为掺杂A1:O,晶体具有良好的光学特性,所以无 的自旋与另一电子轨道(soo)之间的微小磁相互作
论在实验上还是在理论上都得到了国内外学者广泛 用.本文在考虑Ss和S00作用的基础上,进一步考
虑了轨道与轨道(oo)之间的微小磁相互作用,采用
的关注¨-1¨.在A1:0,基质晶体中,A13+处于C,(近
似C,,)点群对称晶场环境.当V3+掺入A1203晶体 配体平面移动模型,并利用SH理论和CDM,建立了
后,将替代基质晶体中的时+,而被位于畸变八面 此模型下晶体微观结构与SH参量之间的定量关
系,对AI:0,晶体中V3+的局域结构和sH参量进行
体顶点上的6个02一配体包围.由于掺杂V3+和A13+
具有不同的半径、电负性、质量、电子云分布等原因, 了进一步的研究.
在V3+进入基质晶体后,会引起晶体局域结构的畸
2.理论基础
变.人们在对A1,0,:M1-14+,A1203:Fe3+等晶体的研究
发现幢’4】,白旋哈密顿(sH)参量随晶格结构的微变
非常敏感n卜¨].因此,通过对晶体sH参量的研究就
可以获得晶格结构畸变、晶体相变及高压行为等大 在实际研究中往往可以作c,。近似处刮2‘.为了研
量微观信息.完全对角化
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